回転同心二重円筒における気液二相流の流動特性に関する研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09750203
• Research Institution: Ryukoku University
• Principal Investigator: 塩見 洋一 龍谷大学, 理工学部, 講師 (80215954)
• Keywords: 同心二重円筒 / テイラー渦 / 数値シミュレーション / 圧力分布 / 粒子挙動 / 気液二相流

Research Abstract

内筒が回転し、外筒が静止している同心二重円筒におけるテイラー渦流れにおいて、流体解析ソフトPHOENICSおよび自作プログラムを用いて数値シミュレーションを行い、その流動特性について検討を行った。
まず、最も単純化された2次元軸対称モデルにおいて、液単相流におけるシミュレーションを行い、どちらの計算においてもテイラー渦が発生することが確かめられ、2次元での有効性が確認できた。その計算結果より、環状流路では外筒側の方が内筒側より圧力が高く、特にテイラー渦の内筒から外筒への流れにおいて、その外筒側で圧力が最も高く、内筒側で圧力が最も低い領域があることが分かった。さらに、内筒から外筒への流れの速度は、外筒から内筒への流れのものより速く、内筒の回転数を上げていくと、個々の渦のアスペクト比が軸方向へ大きくなることも分かった。
2次元軸対称モデルにおいてテイラー渦が生じている場に密度の異なる固体粒子を混入した場合では、その粒子密度と内筒の回転数に密接な関係があり、ある回転数を超えると流体より軽い粒子はテイラー渦の外筒への流れでの内筒近傍にトラップされ、このことは本一連の研究で気泡が内筒近傍に存在しているという実験結果とも一致した。この原因として、単相流で確認されたテイラー渦での圧力分布が深く関係しており、つまり、圧力の最も低いところに存在すると考えられる。今後、3次元での計算や化学プラントなどで見られる液液二相流でのテイラー渦についても検討を行う予定である。
したがって、2次元ではあるが、数値シミュレーションにおいて実験結果と一致したことからその有効性が確かめられ、それらをもとに同心二重円筒でのテイラー渦の詳細な流動メカニズムが解析できると考えられる。